Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 4.4: Bảo toàn dữ liệu. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Vấn đề bảo toàn dữ liệu, phương pháp bit chẵn lẻ, bit chẵn lẻ hai chiều, mã vòng (CRC), nhồi bit. Mời các bạn cùng tham khảo.
4.4 Bảo tồn liệu © 2004, HỒNG MINH SƠN Chương Hệ thống thông tin công nghiệp 1/20/2006 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.4 Bảo toàn liệu Vấn ₫ề bảo toàn liệu Phương pháp bit chẵn lẻ Bit chẵn lẻ hai chiều Mã vịng (CRC) Nhồi bit © 2004, HỒNG MINH SƠN 4.4 Bảo toàn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Vấn ₫ề bảo toàn liệu Phân loại lỗi — Lỗi phát ₫ược, không sửa ₫ược — Lỗi phát ₫ược sửa ₫ược, — Lỗi không phát ₫ược Giải pháp — Giải pháp phần cứng — Giải pháp phần mềm (xử lý giao thức) => Bảo tồn liệu © 2004, HỒNG MINH SƠN Phát lỗi vấn ₫ề quan trọng hàng ₫ầu! Nguyên lý bản: Bổ sung thông tin dự trữ (redundancy) phục vụ kiểm soát lỗi 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Các vấn ₫ề cần xem xét Chiều dài thông tin kiểm sốt lỗi? — Dài hay ngắn tốt? — Tỉ lệ so với lượng thông tin ban ₫ầu? © 2004, HỒNG MINH SƠN Thuật tốn xác ₫ịnh thơng tin kiểm sốt lỗi? Biện pháp kiểm sốt lỗi liên quan tới tính kỹ thuật nào? — — — — Độ tin cậy Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền Tính ₫ơn giản Tính thời gian thực 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Một số khái niệm liên quan Tỉ lệ bit lỗi p thước ₫o ₫ặc trưng cho ₫ộ nhiễu kênh truyền dẫn, ₫ược tính tỉ lệ số bit bị lỗi tổng số bit ₫ược truyền ₫i Tỉ lệ lỗi lại R thông số ₫ặc trưng cho ₫ộ tin cậy liệu hệ thống truyền thông, sau ₫ã thực biện pháp bảo toàn (kể truyền lại trường hợp phát lỗi) Thời gian trung bình hai lần lỗi TMTBF (MTBF = Mean Time Between Failures): TMTBF = n/(v*R) © 2004, HỒNG MINH SƠN Ví dụ: Một ₫iện có chiều dài n = 100 bit ₫ược truyền liên tục với tốc ₫ộ 1200 bit/s R TMTBF 10-6 ngày 10-10 26 năm 10-14 260 000 năm 4.4 Bảo toàn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Khoảng cách Hamming: thông số ₫ặc trưng cho ₫ộ bền vững mã liệu — khả phát lỗi phương pháp bảo toàn liệu — HD có giá trị số lượng bit lỗi tối thiểu mà không ₫ảm bảo chắn phát ₫ược ₫iện Nếu ₫iện phát cách chắn k bit bị lỗi, HD = k+1 Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền E = m (1-p)n/n m - Số lượng bit liệu ₫iện n - Chiều dài ₫iện p - Tỉ lệ bit lỗi © 2004, HỒNG MINH SƠN Ví dụ 1: m = bit n = 11 bit (1 bit ₫ầu + bit liệu + bit chẵn lẻ+ bit cuối) p = 10-3 Hiệu suất truyền liệu E = 0,72 4.4 Bảo toàn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Bit chẵn lẻ (parity bit) Ví dụ dùng parity chẵn: Dãy bit nguyên bản: Dãy bit gửi ₫i: Giả sử nhận ₫ược Giả sử nhận ₫ược 1001101 10011010 10111010 => Lỗi phát ₫ược 11111010 => Lỗi không phát ₫ược Hai kiểu parity: — Parity chẵn: Tổng số bit ₫iện cuối phải chẵn — Parity lẻ: Tổng số bit ₫iện cuối phải lẻ © 2004, HỒNG MINH SƠN Khoảng cách Hamming: 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Ví dụ: Khung UART UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) ₫ược sử dụng rộng rãi 0 LSB P MSB © 2004, HỒNG MINH SƠN Start 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt Stop © 2004, HOÀNG MINH SƠN Bit chẵn lẻ hai chiều (bảo toàn khối) p 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 p 0 0 4.4 Bảo toàn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt © 2004, HOÀNG MINH SƠN Trường hợp xảy lỗi p 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 p 0 0 4.4 Bảo toàn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 10 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Trường hợp xảy lỗi p 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 p 0 0 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 11 © 2004, HỒNG MINH SƠN Khoảng cách Hamming? p 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 p 0 0 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 12 Mã vịng (CRC) © 2004, HỒNG MINH SƠN CRC (Cyclic Redundancy Check ): thông tin kiểm lỗi (ở ₫ây ₫ược gọi checksum) phải ₫ược tính thuật tốn thích hợp, ₫ó giá trị bit thông tin nguồn ₫ều ₫ược tham gia nhiều lần vào q trình tính tốn CRC ₫ược sử dụng rộng rãi ₫a số hệ thống truyền thơng CN CRC cịn ₫ược gọi phương pháp ₫a thức, sử dụng phép chia ₫a thức (nhị phân) 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 13 Phép chia ₫a thức (nhị phân) Đa thức nhị phân: hệ số 1, ví dụ — G = x7 + x6 + x5 + (0x4 + 0x3) + x2 + (0x1) + — Viết gọn lại thành dãy bit G = {11100101} Phép chia ₫a thức nhị phân ₫ược qui phép so sánh, chép XOR (hay trừ khơng có nhớ) - 0 = = = = 0 1 © 2004, HOÀNG MINH SƠN 1 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 14 Nguyên tắc thực Hai bên qui ước “₫a thức phát” G bậc n, ví dụ x3+x+1 tương ứng với dãy bit {1011} Dãy bit mang thông tin nguồn I ₫ược thêm vào n bit coi ₫a thức nhị phân P — Ví dụ thơng tin nguồn {110101} => {110101000} © 2004, HOÀNG MINH SƠN Lấy P chia cho G Phần dư R (lấy n chữ số) phép chia ₫ược thay vào chỗ n chữ bổ sung P, tức ta có D = P + R R ₫ược gọi checksum D dãy bit ₫ược gửi ₫i thay cho I Giả sử dãy bit nhận ₫ược D' không chia hết cho G => ₫iện chắn bị lỗi Nếu D' chia hết cho G, xác suất cao ₫iện nhận ₫ược khơng có lỗi 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 15 Ví dụ minh họa © 2004, HỒNG MINH SƠN Thông tin cần truyền I = 110101, ₫a thức G = 1011 (tức x3 + x + 1) Thêm bit vào thơng tin nguồn I, ta có P = 110101000 Chia ₫a thức P : G 110101000 1011 -1011 111101 01100 -1011 01111 -1011 01000 -1011 001100 -1011 0111 Phần dư R Dãy bit ₫ược chuyển ₫i: D = P + R = 110101111 Giả sử liệu nhận ₫ược D' = 110101111 Chia ₫a thức D' : G 110101111 : 1011 = 111101 Phần dư 0000 -> Xác suất cao khơng có lỗi 4.4 Bảo tồn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 16 Nhồi bit (Bit stuffing) Nguyên tắc thực hiện: — Bên gửi: Nếu liệu có n bits ₫ứng liền thêm bit vào sau ₫ó Như dãy bit ₫ược chuyển ₫i khơng thể xuất n+1 bits ₫i liền — Bên nhận: Nếu phát thấy n bits liền mà bit ₫ược tách ra, cịn bit liệu chắn bị lỗi © 2004, HỒNG MINH SƠN Ví dụ với n = (như CAN-Bus): — Thông tin nguồn I = 0111111 — Thông tin gửi ₫i D = 01111101 — Nếu thông tin nhận ₫ược D' = 01111101, bên nhận coi xác suất cao khơng có lỗi — Nếu thơng tin nhận ₫ược D' = 11111101, qua mẫu bit ₫ặc biệt bên nhận phát lỗi 4.4 Bảo toàn liệu CuuDuongThanCong.com © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 17 Sử dụng phối hợp biện pháp bảo tồn liệu Ví dụ dãy bit ban ₫ầu 101011000 1011010 Áp dụng CRC 101011000 1011010 01001101 parity Checksum Phân chia thành byte © 2004, HỒNG MINH SƠN 10101100 11011010 01001101 Bổ sung bit chẵn lẻ bit ₫ầu, bit cuối 01010110001 4.4 Bảo toàn liệu CuuDuongThanCong.com 00101101011 parity 00100110101 © 2005 - HMS https://fb.com/tailieudientucntt 18